PCF8591数模模数转换器

只看该作者 · 2024-10-15 22:00

0.本节任务

      了解PCF8591的使用方法，并利用PCF8591检测模拟电压信号（模数转换）。

1.工作原理

PCF8591简介

PCF8591的引脚和原理图连接

      PCF8591是一种单芯片、单电源、低功耗的8位COMS数据采集器件，具有4个模拟输入、1个模拟输出和IIC总线。

PCF8591引脚说明
AINO~3是四个模拟输入，VSS为负电源，VDD为正电源，VREF为参考电压(蓝桥杯平台接VCC)，EXT是内部/外部时钟的切换开关（为1时允许从OSC输入时钟信号，但是蓝桥杯平台接地了），OSC是外部时钟信号的输入端，A0~A2为IIC相关的硬件地址(蓝桥杯平台接地)，AGND为模拟地(蓝桥杯平台接地)，SCL和SDA为IIC的信号线。

蓝桥杯单片机平台的原理图
      IIC内容详见，本节不再做介绍：

文章加载失败

PCF8591的设备地址

      PCF8591的设备地址如下图所示，根据蓝桥杯给出原理图连接，写地址为0x90(1001 0000)，读地址为0x91(1001 0001)：

PCF8951的控制字节

      PCF8951的控制字节如下图所示：

      第0、1位控制AD转换的信道，可以选择四个端口的作为模拟信号的输入端，00为信道0，01为信道1，10为信道2，11为信道3；

      第3位是自动增量标志位，若置1，每次检测完一个信道后会自动检测下一个信道；

      第4位恒为0；

      第5、6位控制模拟输入的模式，不同模式有不同数量的信道，一般用单端输入(00)较多;

      第7位控制模拟信号输出/输入，AD转换置0，DA转换置1(有资料写只有DA转换必须置1，AD转换置0，1均可)；

      第8位恒为0；

      蓝桥杯单片机中AIN3与Rb2可调电阻相连，所以一般可以使用0000 0011(0x03)(AD转换，单端输入，AIN3作为模拟输入的信道)作为控制字发送。

开始AD转换

      通过datasheet和相关资料，PCF8951的开始AD转换分两步：

      ①.IIC开始->写PCF8951(0x90)->写控制字->IIC停止(第一步datasheet中似乎没有明确写出，它只说了DA转换需要写控制字？？？)

      ②.IIC开始->读PCF8951->PCF8951发送数据...->IIC停止

      值得注意的是，第二部开始读PCF8951后，其发送的第一个数据是上一次转换的数据，如果是刚刚上电，则第一个数据是0x80.

datasheet中给出的A/D转换示意
      AD转换单端输入特性如下图所示：

      根据之前的原理图连接，VREF = VCC(5v),VAGND= 0,就可以算出Vlsb约等于0.0195v，假设模拟输入VAIN为3V，则对应横坐标属于154这个阶梯上，此时PCF8951发送的数据为0x9A.

2.程序设计

      设定PCF8591为AD转换模式，并通过AIN3检测Rb2可变电阻上电压。

      IIC驱动代码仍是官方给出的代码，我们只需要控制好读写地址和控制字就行：

#include "reg52.h"
#include "intrins.h"

#define DELAY_TIME 5

/** 定义I2C总线时钟线和数据线 */
sbit scl = P2^0;
sbit sda = P2^1;

/**
* @brief I2C总线中一些必要的延时
*
* @param[in] i - 延时时间调整.
* @return none
*/
void i2c_delay(unsigned char i)
{
do
{
      _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
      _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
      _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
while(i--);
}

/**
* @brief 产生I2C总线启动条件.
*
* @param[in] none
* @param[out] none
* @return none
*/
void i2c_start(void)
{
sda = 1;
scl = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
sda = 0;
i2c_delay(DELAY_TIME);
scl = 0;
}

/**
* @brief 产生I2C总线停止条件
*
* @param[in] none
* @param[out] none.
* @return none
*/
void i2c_stop(void)
{
sda = 0;
scl = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
sda = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
}

/**
* @brief I2C发送一个字节的数据
*
* @param[in] byt - 待发送的字节
* @return none
*/
void i2c_sendbyte(unsigned char byt)
{
unsigned char i;
//
EA = 0; //关闭中断，避免因为中断而影响总写读写的时序，导致读写失败。
for(i=0; i<8; i++){
      scl = 0;
      i2c_delay(DELAY_TIME);
      if(byt & 0x80){
         sda = 1;
      }
      else{
         sda = 0;
      }
      i2c_delay(DELAY_TIME);
      scl = 1;
      byt <<= 1;
      i2c_delay(DELAY_TIME);
}
EA = 1;
//
scl = 0;
}

/**
* @brief 等待应答
*
* @param[in] none
* @param[out] none
* @return none
*/
unsigned char i2c_waitack(void)
{
unsigned char ackbit;

scl = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
ackbit = sda; //while(sda);  //wait ack
scl = 0;
i2c_delay(DELAY_TIME);

return ackbit;
}

/**
* @brief I2C接收一个字节数据
*
* @param[in] none
* @param[out] da
* @return da - 从I2C总线上接收到得数据
*/
unsigned char i2c_receivebyte(void)
{
unsigned char da;
unsigned char i;
//
EA = 0;
for(i=0;i<8;i++){
scl = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
da <<= 1;
if(sda)
da |= 0x01;
scl = 0;
i2c_delay(DELAY_TIME);
}
EA = 1;
//
return da;
}

/**
* @brief 发送应答
*
* @param[in] ackbit - 设定是否发送应答
* @return - none
*/
void i2c_sendack(unsigned char ackbit)
{
scl = 0;
sda = ackbit;  //0：发送应答信号；1：发送非应答信号
i2c_delay(DELAY_TIME);
scl = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
scl = 0;
sda = 1;
i2c_delay(DELAY_TIME);
}

/**
* @brief 读写操作过程中一些必要的延时
*
* @param[in] i - 指定延时时间
* @return - none
*/
void operate_delay(unsigned char t)
{
unsigned char i;

while(t--){
for(i=0; i<112; i++);
}
}
      初始化和读PCF8591:

#include "PCF8951_AD.h"
#include "STC15F2K60S2.H"
#include "intrins.h"
#include "HC138.h"
#include "LedBuzzerRelay.h"
#include "SMG.h"
#include "i2c.h"
//初始化PCF8951,AD转换，单端输入，AIN3作为模拟输入信道
void PCF8951Init(void)
{
i2c_start();
  i2c_sendbyte(0x90);//写地址
  i2c_waitack();
  i2c_sendbyte(0x03);
  i2c_waitack();
  i2c_stop();
operate_delay(10);
}
unsigned char ReadPCF8951(void)
{
unsigned char da;

i2c_start();
i2c_sendbyte(0x91);//读地址
i2c_waitack();
da = i2c_receivebyte();
i2c_sendack(1);
i2c_stop();
return da;

}
      主函数(这里只对读出来的数据显示了X上坐标，可以乘上分辨率得出实际电压)：

#include "STC15F2K60S2.H"
#include "intrins.h"
#include "HC138.h"
#include "LedBuzzerRelay.h"
#include "SMG.h"
#include "i2c.h"
#include "PCF8951_AD.h"
void main(void)
{
unsigned char dat;
AllOff();
PCF8951Init();
//LEDOn();
while(1){
dat = ReadPCF8951();

DisplaySMG(0,dat/100);
DelaySMG();
DisplaySMG(1,(dat%100)/10);
DelaySMG();
DisplaySMG(2,dat%10);
DelaySMG();
}
}